JP4643117B2 - マルチセル・エネルギー変換装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、DC電圧源と電流源との間の電気エネルギー可逆変換のための装置に関する。
【０００２】
更に特定すれば、本発明は、一方では、各々が二つのスイッチを有するスイッチングセルを有し、各スイッチはそれ自身少なくとも１つのスイッチを形成するコンポーネントにより構成され、他方では、スイッチングセル（１０_i,k）に関連し、各セルの２つのスイッチの同じ（homologous）端子の間で電圧源の電圧の部分電圧に等しい負荷電圧を維持し、電流源から数えて列の番号が増大するキャパシ_,k）と、短絡されうる（short circuitable）電流源に近い装置の端部に位置するスイッチの同じ端子と、更に、各々がスイッチングセルに接続し、セルの二つのスイッチの対立する状態を確保しながらそれらのスイッチングを制御するように構成された制御デバイスと、並びに、所望の変換に適応するようにした基準信号を供給するようにした制御デバイスの制御手段と、からなる装置である。
【０００３】
電気エネルギーの可逆変換のための装置は、EP0555432として発行されたヨーロッパ特許に記載されている。
【０００４】
それはN個のスイッチセルから構成されている。Nは２に等しいか、より大きい整数である。各セルは、常時相補的な状態を取るように制御された二つのスイッチから構成されている。NセルのNスイッチは直列に接続され、装置の第１列を構成する。N個の他のスイッチは直列に接続され、装置の第２の列を形成する。
【０００５】
スイッチの２つの列は、一方では、共通端部で電流源に、他方で、反対端部で電圧源の端子に相互連結している。
【０００６】
関係するセルの２つのスイッチの対称的な端子間に接続するキャパシタは、スイッチの各セルに関係している。電圧源に最も近接するセルは、電圧源がこれら不完全さを補償するのに理想的な電圧源ではないという仮定での、特定のキャパシタに関連するかもしれない。
【０００７】
反対に、完全な電圧源は、このセルに対してキャパシタの役割を果たす。
【０００８】
各キャパシタは、端子において一定電圧、即ちキャパシタの付加電圧を維持する。
【０００９】
各キャパシタの列ｋに比例する、これら負荷電圧Vckの分配は（但し、Vは電圧源の端子の電圧である）、ブロックされたスイッチの端子において、全てのブロックされたスイッチに対して、V/Nに等しい電位差を保証する。このように各キャパシタはその列の増加する関数としての電圧の下での動作をするために、KT／Nより大きい値に選択される。
【００１０】
更に、制御論理は装置の出力電圧のリップルがV／Nに等しい振幅を有し、周波数がNF（但しFはスイッチングセルのスイッチング周波数である）に等しいように同期することができる。
【００１１】
しかし、今日、電圧源の電圧レベルがますます高電圧であるような大電力用電気エネルギー変換装置の開発が、進んでいる。この電圧増加は、間接的に、装置のキャパシタのサイズの増加をもたらしており、キャパシタはますますこの電圧に耐えねばならないからである。また、今日、６ｋV以上の装置の価格は極めて高価になり、装置の占める体積も極めて大きくなる傾向にある。
【００１２】
本発明は前記した従来装置の問題点を解決するものであって、更なる高電圧レベルに向け、大電力変換装置の利用分野を拡大するものである。又、その大きさを大幅に削減するもので、前記した刊行物N゜EP０５５５４３２に記載された変換装置の特性を保持する電気エネルギーの可逆変換装置を提供する。
【００１３】
それ故、本発明は、前記のタイプの電気エネルギーの可逆変換装置に関するものである。該装置が、少なくとも２つの並列に接続された段を有し、各段は少なくとも２つのセルと少なくとも１つのキャパシタを有し、前記段はスイッチの両端の群及び、２つの連続した段に共通の少なくとも１つのスイッチの中間群を定め、
両端群は各々、最初と最後の直列段にそれぞれ属する各セルのスイッチを有するという特徴を、本発明は有する。また、中間群の段は２つの隣接した直列接続した段に属するセルのスイッチ対を有する。また、本発明は、キャパシタが両端群の間で直列に横断的に（transversely）接続することを特徴とする発明である。
【００１４】
本発明による、電気エネルギの可逆変換装置は、また、以下の特徴の１又は複数を備える。
【００１５】
中間群は、２つの隣接する段に交互に属するセルの直列接続スイッチを有する。
前記スイッチは電圧について一方向であり、電流について双方向である。
前記対の各々の２つのスイッチは並列に接続され、電圧について双方向であり、電流について一方向である。
スイッチを形成するコンポーネントが全て同一であり、各スイッチが直列に接続するコンポーネントから構成され、その数が端子間にかかる最大電圧に依存する。
制御手段が、出力において複数の第２基準電圧を供給するために、基準信号を処理するための手段及び、各第２基準信号を１つ及び同一段の全てのスイッチングセル制御デバイスへ伝送するための手段を有する。
処理手段が、各時点におけるその値の和が基準信号の値に比例する複数の第２基準信号を出力するように構成される。２つの所定の電圧レベルの間の、電圧源側の段の各第２基準信号は、各時点で、２つの高電圧レベルの間の、電圧源側の段の第２基準信号の値よりも高い値を有する。
装置は二つの段を有する。
電流源の最も近くに位置する２つのキャパシタの間に位置する装置の一部及び電流源自身が、最初と最後の群毎に直列接続したスイッチがそれぞれ２つのコンポーネントを有する。二つのダイオード（３４，３６）が、一方では、前記二つのキャパシタの接続点に接続し、他方では、最初と最後の群それぞれの２つのコンポーネントの間の点に接続される。
各段は２つのスイッチングセルを有する。
各段は３つのスイッチングセルを有する。
【００１６】
本発明は、以下に、図面を用いて、例示として説明する。
【００１７】
図１に示す電気エネルギー可逆変換装置は、端子と、直流又は、場合により交流の一定電流を供給する電流源４のと間の電位差Ｅを、一定にするDC電圧源２を有する。
【００１８】
例えば、電流源が対称交流電流を供給する時は、変換装置は、電圧インバータに対応し、又は、可逆性を考慮すると、整流装置に対応する。以下、このケースを例にとる。
【００１９】
電圧源は、直列接続の２次電圧源６₁、・・・６ｎから構成されている。その各２次電圧源は、端子と端子の間にあって、ｎ個の連続段８₁、・・・８_nを決めている。２次電圧源６_iは、例えば、キャパシタから構成され、端子間部分電圧Ｅ／ｎを維持するものである。以下、各段の番号を、電圧源側で電位の増大する順に付ける。
【００２０】
各段８_iはｐ個のスイッチングセル１０_i,1、・・・１０_i,pを有している。各スイッチングセル１０_i,kは２つのセル１２_i,kと１４_i,kによって構成されている。これらセルは、セル１０_i,kに接続し前記二つのセルのスイッチングを制御する装置１６_i,kにより、相反する状態を維持されている。制御デバイスは制御ユニットを形成する。これについては図２の説明で詳細に説明する。
【００２１】
このように、ｎ段はｎ＋１個のスイッチ群を規定する。前記群の各々は１つの終端により、電流源に接続しており、他の終端により２次電圧源６₁，・・・６_n列からなるｎ＋１電位の１つに接続される。段については、スイッチ群は２次電圧源側で電位の増大する順に番号が付される。従って、第１群は電圧源２の最低電位端子に接続し、最終群は最高電位端子に接続する。
【００２２】
スイッチの第１群は、第１段のp個のスイッチングセルの、直列接続するスイッチ１２_1,1、・・・１２_1,pからなる。スイッチの（ｎ＋１）番群は、第ｐ段のスイッチングセルの、直列接続するスイッチ１４_n,1、・・・１４_n,pからなる。スイッチの第ｉ番群（但し１＜ｉ≦ｎ）は、それぞれ直列接続する、第ｉ段のｐ個のスイッチングセルのスイッチ１２_i,1、・・・１２_i,p及び、第（ｉ−１）段のｐ個のスイッチングセルのスイッチ１４_i-1,1、・・・１４_i-1,pからなる。
【００２３】
このように、ｐ列１８₁．・・・１８_pはｎ段について横断的に規定される。各列１８_kは、１０_1,k、・・・１０_n,kのｎ個のスイッチングセルを有する。
【００２４】
２つの連続する列１８_k及び１８_k+1の間で、列ｋのｎ個のキャパシタ２０_1,k、・・・２０_n,kは、１段当たり１個の割合で接続されている。そして、第ｉ段において、キャパシタ２０_i,kの一方は、スイッチ群のｉ番目に接続され、他方はスイッチ群ｉ＋１番目に接続されている。更に、各キャパシタは端子間で列ｋの関数として増大し、その段の２次電圧源の部分電位を表す負荷電圧を維持する。例えば、各キャパシタ２０_i,kの列に比例するこれら負荷電圧、Ｅ_i,k＝ｋＥ／ｐｎの分布はオープンスイッチの端子において、Ｅ／ｐｎより小さいか又は等しい電圧差を保証する。
【００２５】
図２に示す変換装置は前記した装置の特殊ケースであって、ＤＣ電圧源及び周波数ｆ_iの交流電流源を用いた発明の実施例である。それは２つの段８₁と８₂並びに２つの列１８₁と１８₂を有する。
【００２６】
Ｅは、DC電圧源２の電圧である。電圧源２は２つのキャパシタ６₁と６₂を負荷とするもので、キャパシタ６₁と６₂は、各々、部分電圧値Ｅ／２を有する段についての２次電圧源を構成する。２つの列１８₁と１８₂の間で、２つのキャパシタ２０_1,1及び２０_2,1は、前記の通り直列に接続され、列（ｋ＝１）毎の機能として、電圧値Ｅ₁₁＝Ｅ₂₁＝Ｅ／４をもって負荷電圧を負担できるような大きさを有する。
【００２７】
又、装置は、４つの制御デバイス１６_1,1，１６_1,2，１６_2,1，１６_2,2により制御される４つのスイッチセル１０_1,1，１０_1,2，１０_2,1，１０_2,2を有している。これら４つの装置は同期しており、周波数Ｆで論理制御信号を出力している。
これにより、各セルにおいて、２スイッチが反対状態になるようなスイッチング動作が保証される。
【００２８】
ここに説明した実施例において、周波数Ｆは周波数ｆ_iより高いことは明白であり、簡単化のためにｆ_iの倍数をより正確に表すように選択される。
【００２９】
各制御デバイスは、例として、出力における論理値が２つの入力信号の比較結果である比較器を有する。１入力は同期化モジュール２２から、他の入力は制御信号発生器（operating generator）２４から入力される。
【００３０】
そこで、制御デバイス１６_i,kは出力に制御信号ｓｃ_i,kを供給する。制御信号Ｓｃ_i,kはスイッチングセル１０_i,kの状態を決定する。例えば、制御信号ｓｃ_i,kが１である時、スイッチングセル１０_i,kのスイッチ１２_i,kは信号を阻止し、、スイッチ１４_i,kは信号を通過させる。反対に、制御信号ｓｃｉ,ｋが０である時、スイッチングセル１０_i,kのスイッチ１２_i,kは信号を通し、スイッチ１４_i,kは信号を阻止する。同一セルの反対状態への２スイッチ同時制御は、従来技術として知られているから、ここでは詳細には説明しない。
【００３１】
同期化モジュール２２は、周波数Ｆの対称交流三角波信号を生成するための手段２６並びに、２つの信号ｓｄ₁及び、時間差１／（２Ｆ）ずれたｓｄ₂を生成し、第１列の制御デバイス１６_1,1、１６_2,1及び第２列制御デバイス１６_1,2，１６_2,2にそれぞれ供給する遅延回路２８を有する。
【００３２】
制御信号発生器（operating generator）２４は、電流源４の周波数と同一である周波数ｆ_iである対称交流基準信号ｓｒを出力する。
【００３３】
この基準信号は、制御信号発生器２４の出力において、第１、２段の２つの処理モジュール３０，３２によって、処理され、モジュールの出力から、２つの比較基準信号ｓｒ₁及びｓｒ₂が供給される。これら２つの信号ｓｒ₁及びｓｒ₂はそれぞれ第１段制御デバイス１６₁₁，１６₂₁及び第２段制御デバイス１６₁₂，１６₂₂に供給される。
【００３４】
変換装置が正常に動作するためには、信号ｓｒ₁及びｓｒ₂は以下の二つの関係を満たす必要がある。
ｓｒ₁＋ｓｒ₂＝２ｓｒ、 ｓｒ₁≧ｓｒ₂
【００３５】
基準信号ｓｒからこれら信号の供給する、２つの処理モジュール３０と３２は、公知であり、これ以上の説明を省略する。
【００３６】
図３に示されるように、変換器のスイッチは全て同一タイプで、電流に関し双方向的であり、電圧に関し一方向的であって、ダイオードに逆並列（antiparallel）に配置されたIGBTトランジスタから構成されている。実際に使用する時には、これらIGBTトランジスタは、バイポーラ・ダーリントン、MOSTGTO等のトランジスタに置換される。
【００３７】
この実施例において、最初と最後の群の４つのスイッチは、第２群の４スイッチがサポートする電圧の２倍の電圧をサポートする。これは変換装置のスイッチの大きさの違いという問題を引き起こす。この問題を解決するために、最初と最後の群の４つのスイッチを、直列接続され、各々、同一状態に配置された２つの同一スイッチで置換すればよい、そうすれば、装置の動作を変更することも無い。
【００３８】
図４は、DC電圧源及び周波数ｆ_iの交流電流源を用いた実施例における、比較基準信号ｓｒ及び、二次比較基準信号ｓｒ₁、ｓｒ₂の経時変化を示す。
【００３９】
図において、信号ｓｒは、単位無しに、値０．５を有する連続信号と、振幅が０．５より実質的に小さい、１に正規化された周波数ｆ_iの正弦波信号と、の和として示されている。信号ｓｒ₁は次の関係で定義される。
ｓｒ₁＝２ｘｓｒ、 ｉｆ ｓｒ≦０．５
ｓｒ₁＝１、 ｉｆ ｓｒ≧０．５
信号ｓｒ₂は、次の関係で定義される。
ｓｒ₂＝０、 ｉｆ ｓｒ≦０．５
ｓｒ₂＝２ｘｓｒ−１、 ｉｆ ｓｒ≧０．５
どの時点においても、２つの状態 ｓｒ₁＋ｓｒ₂＝２ｓｒ及びｓｒ₁≧ｓｒ₂は満足されることは、簡単に証明される。
【００４０】
入力において供給される信号に従って、図５の一方の図は、制御デバイス１６_1,1の入力である２信号ｓｒ₁とｓｄ₁の経時変化を示し、他方の図は、同一制御デバイス１６_1,1の出力において供給される制御信号ｓｃ_1,1の経時変化を示す。
【００４１】
信号ｓｄ₁は、周波数Ｆ（ここでは２０ｆ_iの値を有する）で、振幅が０と１の間を変化する三角波信号である。出力信号ｓｃ_1,1は、関係式ｓｄ₁＞ｓｒ₁の時、値０で、ｓｄ₁＜ｓｒ₁の時、値１を有する矩形波信号である。
【００４２】
入力において供給される信号の関数として、図６の一方の図は、制御デバイス１６_1,2の入力に供給される二信号ｓｒ₁とｓｄ₂の経時変化を示し、他方の図は、同一制御デバイス１６_1,2の出力において供給される制御信号ｓｃ_1,2の経時変化を示す。
【００４３】
信号ｓｄ₂は、周波数Ｆで、振幅が０と１の間を変化する、信号ｓｄ₁に対し、１／（２Ｆ）に等しい時間差でずれた三角波信号である。出力信号ｓｃ_1,2は、関係式ｓｄ₂＞ｓｒ₁の時、値０で、ｓｄ₂＜ｓｒ₁の時、値１を有する矩形波信号である。
【００４４】
入力において供給される信号の関数として、図７の一方の図は、制御デバイス１６_2,1の入力に供給される二信号ｓｒ₂とｓｄ₁の経時変化を示し、他方の図は、同一制御デバイス１６_2,1の出力において供給される制御信号ｓｃ_2,1の経時変化を示す。
出力信号ｓｃ_1,1は、関係式ｓｄ₁＞ｓｒ₂の時、値０で、ｓｄ₁＜ｓｒ₂の時、値１を有する矩形波信号である。
【００４５】
入力において供給される信号の関数として、図８の一方の図は、制御デバイス１６_2,2の入力に供給される二信号ｓｒ２とｓｄ２の経時変化を示し、他方の図は、同一制御デバイス１６_2,2の出力において供給される制御信号ｓｃ_2,2の経時変化を示す。
出力信号ｓｃ_2,2は、関係式ｓｄ₂＞ｓｒ₂の時、値０で、ｓｄ₂＜ｓｒ₂の時、値１を有する矩形波信号である。
【００４６】
図９は、２キャパシタ２０_1,1と２０_2,1をそれぞれ通る電流ｉ_1,1とｉ_2,1の経時変化を示す。
【００４７】
前記のとおり、これら電流値は直接的に、制御デバイスの同期化にリンクしている。そして、キャパシタ２０_1,1及び２０_2,1の端子においては一定平均値がＥ／４であるように、時間１／Ｆの間、平均値が０であるように制御されている。
【００４８】
図１０は、変換装置の標準出力電圧の経時変化を示す。これは電圧源２の最低電位と、エネルギー変換装置に接続する電流源４の端子との間を測定するものである。
出力電圧は周波数２Ｆと振幅Ｅ／４のリップルを有する。これら二条件はこの電圧のフィルタリングを容易にするものである。
【００４９】
図１１に、本発明による他の可能な実施例として、これら２列及び２段階を持つエネルギー変換装置を示す。
第１及び第３群のスイッチの各々は、２つのスイッチを構成するコンポーネントを有する。対照的に、スイッチの中間的な群は第２列に現れる。最初の列１８₁において、第１ダイオード３４の、一方の端子は、第１群及び第１列の２個のコンポーネント３８，４０の間に位置する点に接続し、他方の端子は、２つのキャパシタ２０_1,1及び２０_2,1の間に位置する点に接続している。
【００５０】
同様に、第２ダイオード３６の、一方の端子は、２つのキャパシタ２０_1,1及び２０_2,1の間の点に接続し、他方の端子は、第３群、第１列の２つのコンポーネント４２及び４４の間の点に接続している。
【００５１】
この実施例は、第１列の１８₁の制御に関し、前記した制御ユニットとはかなり異なる制御ユニットを有する。しかし、この新規なユニットは、従来のやり方で、第１列１８₁のスイッチングセルの制御デバイス１６_1,1及び１６_2,1の単純に結合することにより、図２で説明したものから導き出すことが出来る。
【００５２】
第１列のコンポーネント３８が、キャパシタ２０１１及びダイオード３４の間にあって、信号ｓｃ_1,1の１の補数である
【数１】

に等しい制御信号を入力端で受信する時、本装置が正常に機能する。なお、ｓｃ_1,1は図５に示した信号である。
【００５３】
ダイオード３４と電流源４の間の、第１群のコンポーネント４０は、入力端において、
【数２】

に等しい制御信号を受信する。但し、ｓｃ_2,1は図７に示す信号であり、記号“＋”は論理演算“ｏｒ”を表す。
キャパシタ２０_2,1及びダイオード３６の間の、第３群のコンポーネント４２は、入力端子において、ｓｃ_2,1に等しい制御信号を受信する。
ダイオード３６と電流源４との間の、第３群のコンポーネント４４は、入力端子において、（ｓｃ_1,1＋ｓｃ_2,1）に等しい制御信号を受信する。
【００５４】
このように、この変換装置と図３に示す装置との間には均等性がある。即ち、第１列の１８₁の制御信号ｓｃ_1,1及びｓｃ_2,1のあらゆる信号波形について、その動作が同一である。
【００５５】
実際、図３に示した変換装置に関し、ｓｃ_1,1＝０及びｓｃ_2,1＝０の時、スイッチ１２_1,1は信号を通し、スイッチ１４_1,1は信号を阻止し、スイッチ１２_2,1は信号を通し、スイッチ１４_2,1は信号を阻止する。この様に、第１列１８₁において、電流が、第１群のスイッチを通過して、電流源４をキャパシタ２０₁₁の最低電位の端子に直結するように流れる。
【００５６】
図１１に示した変化装置に関し、ｓｃ_1,1＝０及びｓｃ_2,1＝０の時、従って
【数３】

であるからスイッチ３８は信号を通し、
【数４】

であるからスイッチ４０は信号を通し、ｓｃ_2,1＝０であるからスイッチ４２は信号を阻止し、ｓｃ_1,1＋ｓｃ_2,1＝０であるからスイッチ４４は信号を阻止する。この様に、前記のケースと同様に、キャパシタ２０_1,1の最低電位の端子は電流源４に直結するように流れ、電流はこれら２つの端子間を流れる。
【００５７】
ｓｃ_1,1＝１及びｓｃ_2,1＝１の時、電流が、図３及び図１１に示した２つのエネルギー変化装置を通過して同一パスを流れる事がわかる。
ｓｃ_1,1＝０及びｓｃ_2,1＝１の回路状態はありえない事が分かる。というのは図３及び図１１のエネルギー変換装置の２つのキャパシタ２０_1,1と２０_2,1を短絡させてしまうからである。
【００５８】
最後に、図３に示すエネルギー変換装置に関し、ｓｃ_1,1及びｓｃ_2,1の時、スイッチ１２_1,1は信号を阻止し、スイッチ１４_1,1は信号を通し、スイッチ１２_2,1は信号を通し、スイッチ１４_2,1は信号を阻止する。このように電流は第１列１８₁の第２群を介して、２つのキャパシタ２０_1,1及び２０_2,1との間の点と電流源４とを直結する。
【００５９】
図１１に示すエネルギー変換装置に関し、ｓｃ_1,1＝１、ｓｃ_2,1＝０の時、
【数５】

になり、スイッチ３８は信号を通さず、
【数６】

となりスイッチ４０は信号を通し、ｓｃ_1,1＋ｓｃ_2,1＝１となり、スイッチ４４は信号を通し、ｓｃ₂₁＝０となるから、スイッチ４２は信号を通さない。
前記したように、第１列１８₁において、電流は第１列１８₁の第２群を介して、２つのキャパシタ２０_1,1及び２０_2,1との間の点と電流源４とを直結する。
しかしながら、そのパスは図３に示された装置における電流のパスと多少異なる。というのは、２つのキャパシタ２０_1,1及び２０_2,1との間の点から電流源４に電流が流れる時には、電流はダイオード３６及びスイッチ４４を通り、電流源４から２つのキャパシタ２０_1,1及び２０_2,1との間の点に電流が流れる時には、電流は閉路を作るスイッチ４０及びダイオード３４を通るからである。
【００６０】
この後者の構成によれば、２つの装置の間の類推が可能である。というのは、それらがスイッチ１４_2,1（又はスイッチ１２_1,1）及び電流源との間にキャパシタが存在しない第１列１８₁だけしか違わないからである。
このように、この実施例によれば、大きさ及び、特に変換装置のコストを減らすことができる。しかし、この改良を施すことが出来るのは、第１列１８₁についてのみである。
【００６１】
本発明による電気的エネルギー変換装置は従来のマルチセル装置に比較して大きさが小さいという有利さが有る事は明らかで、より高電圧での使用まで使用範囲を広げる。
【００６２】
事実、N＝ｎｐセルの従来装置は、（ｎｐ−１）Ｅ／ｎｐまでサポートする程度の大きさを有するｎｐ−１のキャパシタを必要とする。これに対して、N＝ｎｐセル（ｎ段ｐ列）を有する本発明による装置は、（ｐ−１）Ｅ／ｎｐを超えない電圧をサポートする大きさのｎ（ｐ−１）＝ｎｐ−ｎキャパシタを必要とする。
従って、本発明による装置は、これと同様な性能を有する従来の装置より、大きさとコストを削減したものになる。
本発明はここに記載した実施例に限定されるものではない。
【００６３】
このように、本発明の変形として、１＜ｉ＜ｎのインデックスｉの中間群のスイッチは、必ずしも、選択した実施例で説明した互い違いに直列に接続したものではない。ｉ番目の中間群及びｋ番目列のスイッチ１２_i,j及び１４_i-1.kは並列に接続される。この場合、問題のスイッチは、電圧について双方向的で、電流について一方向的である。
同様に変形例として、応用の仕方によっては、周波数Ｆはｆ_iの倍数ではない場合もあるし、ｆ_iと実質的に等しく選ぶことが出来ることもある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による、一般のケースの変換装置の電気的ブロック・ダイアグラム（但し、制御ユニットは示されていない）である。
【図２】本発明による変換装置の電気的ブロック・ダイアグラム（本ケースでは２段で、１段当たり２セルから構成され、更に、本装置の制御ユニットを詳細に示す）である。
【図３】図２の変換装置のスイッチングセルの実施例の詳細な電気的ダイアグラムである。
【図４】図２の変換装置における制御ユニットの基準信号のタイムチャートである。
【図５】図２の変換装置における第１制御デバイスの入出力信号のタイムチャートである。
【図６】図２の変換装置における第２制御デバイスの入出力信号のタイムチャートである。
【図７】図２の変換装置における第３制御デバイスの入出力信号のタイムチャートである。
【図８】図２の変換装置における第４制御デバイスの入出力信号のタイムチャートである。
【図９】図２の変換装置における第１及び第２段の２つのキャパシタを通って流れる電流のタイムチャートである。
【図１０】図２の変換装置における標準出力電圧のタイムチャートである。
【図１１】本発明の他の実施例に従う、２段及び、１段当たり２セルの変換装置の電気的ダイアグラムである。

Claims (10)

1. ＤＣ電圧源（２）と電流源（４）との間の電気エネルギー可逆変換装置であって、該変換装置は、
   一方では、各々が、２つの、スイッチを形成する少なくとも１つのコンポーネントから構成されるスイッチ（１２_i,k、１４_j,k）を有するスイッチングセル（１０_i,k）と、
   他方では、スイッチングセル（１０_i,k）に関連し、各セルの２つのスイッチの同じ（homologous）端子の間で電圧源（２）の電圧の部分電圧に等しい負荷電圧を維持し、電流源（２）から数えて列の番号が増大するキャパシタ（２０_j,k）と、”短絡されうる”（short circuitable）電流源（４）に近い装置の端部に位置するスイッチの同じ端子と、
   更に、各々がスイッチングセル（１０_i,k）に接続し、セルの２つのスイッチ（１２，１４）の対立する状態を確保しながらそれらのスイッチングを制御するように構成された制御デバイス（１６_i,k）と、
   並びに、所望の変換に適応するようにした基準信号を供給するようにした制御デバイスの制御手段（２２，２４，３０，３２）と、
   からなる電気エネルギー可逆変換装置であり、
   各々が少なくとも２つのセル（１０_i,1、・・・、１０_i,p）及び少なくとも１つのキャパシタ（２０_i1、・・・、２０_i,p）を有する２つの並列に接続した段（８i）を有することを特徴とするものであって、前記段はスイッチの両端の群及び、少なくとも、２つの連続する段に共通なスイッチの中間群を規定し、前記両端の群は最初と最後の直列接続した段にそれぞれ属する各セルのスイッチを有し、前記中間群は２つの隣接し直列接続する段に属するセルのスイッチ（１２_i,k、１４_i-1,k）の対を有するものであり、
   又、同列（１８_k）のキャパシタ（２０_i,k、２０_n,k）が両端群の間で直列に横断的に（transversely）接続する事を特徴とする電気エネルギー可逆変換装置。
2. 前記中間群が、２つの隣接する段に交互に属する直列スイッチ（１２，１４）セルからなり、前記スイッチは電圧に関して一方向的であり、電流に関して双方向的である事を特徴とする請求項１記載の電気エネルギー可逆変換装置。
3. 前記対の各々の２つのスイッチ（１２_i,k，１４_i-1,k）が並列に接続され、電圧について双方向的で、電流に関して一方向的である事を特徴とする請求項１記載の電気エネルギー可逆変換装置。
4. スイッチ（１２_i,k、１４_i,k）を形成するコンポーネントが全て同一であり、各スイッチが直列に接続するコンポーネントから構成され、その数が端子間にかかる最大電圧に依存することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の電気エネルギー可逆変換装置。
5. 前記制御手段（２２，２４，３０，３２）が、出力において複数の第２基準電圧を供給するために、前記基準信号を処理するための手段（３０，３２）及び、各第２基準信号を１つ及び同一段の全てのスイッチングセル制御デバイスへ伝送するための手段を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の電気エネルギー可逆変換装置。
6. 処理手段（３０，３２）が、各時点におけるその値の和が基準信号の値に比例する複数の第２基準信号を出力するように構成されることを特徴とする請求項５記載の電気エネルギー可逆変換装置であって、
   ２つの所定の電圧レベルの間の、電圧源（２）側の段の各第２基準信号は、各時点で、２つの高電圧レベルの間の、電圧源（２）側の段の第２基準信号の値よりも高い値を有する電気エネルギー可逆変換装置。
7. ２つの段（８₁，８₂）を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の電気エネルギー可逆変換装置。
8. 電流源（４）の最も近くに位置する２つのキャパシタ（２０_1,1，２０_2,1）の間に位置する装置の一部及び電流源自身が、最初と最後の群毎に直列接続したスイッチ（３８，４０，４２，４４）がそれぞれ２つのコンポーネントを有することを特徴とする請求項７記載の電気エネルギー可逆変換装置であって、
   ２つのダイオード（３４，３６）が、一方では、前記２つのキャパシタの接続点に接続し、他方では、最初と最後の群それぞれの２つのコンポーネントの間の点に接続する電気エネルギー可逆変換装置。
9. 各段（８₁，８₂）が２つのスイッチングセルを有することを特徴とする請求項７又は請求項８記載の電気エネルギー可逆変換装置。
10. 各段（８₁，８₂）が３つのスイッチングセルを有することを特徴とする請求項７又は８記載の電気エネルギー可逆変換装置。

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